Введение к работе
Актуальность темы. Выяснение механизмов реагирования центральной нервной системы на экстремальные воздействия, к которым относится гипоксия, имеет важное теоретическое и практическое значение.
Нарушение кислородного снабжения мозга даже на сравнительно короткое время вызывает нередко тяжелые функциональные расстройства, затрагивающие высшую нервную деятельность. До сих пор механизмы этих нарушений и причины неоднородности их проявлений у различных индивидуумов остаются недостаточно изученными.
. Установлено, что вслед не только за короткой, но и длительной (десятки минут) циркуляторной гипоксией возможна нормализация энергетического метаболизма и восстановление биоэлектрической активности мозга (Siesjo В.К., 1978; Hossmann К.A., ZimaermarmV., 1974; de la Torre J.С. et al., 1991). Вместе с тем, нарушения си-наптической передачи, возбудимости нейронов часто носят устойчивый характерv несмотря на восстановление кислородного снабжения, даже после кратковременного его отсутствия (Suzuki Е. et al., 1985; Kasa I.S., Lipton P.,1986; Roberts E.L., Sick T.J., 1987; Czen G., Somjen G.G., 1990). Очевидно, гипоксия модифицирует механизмы контроля и управления функциями нейронов с участием внутриклеточных регуляторних-систем (ВРС) - кальциевой, полифосфо-инозитидной, циклических нуклеотидов.
В условиях тяжелой гипоксии, а также в период реанимации в хоре головного мозга выявлена расстройства функционирования ряда компонентов ВРС (Lust ?.D. et al., 1977; Самойлов И.О., 1935; Peters ї., 1986; Toehida S. et al., 1986; Kogure K.t 1988; Siesjo B.K., Bengteaon P., 1989), которые могут инициировать структурно-функциональные повреждения нейронов мозга. Вместе с тем необходимо учитывать, что важнейшая функция ВРС - обеспечв-
ниє развития адаптивных реакций нервной систем - несомненно, должна проявляться при нарушении и восстановлении кислородного снабжения.
Поэтому актуальной задачей является выяснение диапазона сдв гов активности компонентов ВРС в адаптивных-реакциях и характе нарушения их функций при формировании патологических состояний Решению этой задачи должно способствовать выяснение зависимост инициируемых гипоксией функциональных изменений от определенны альтераций механизмов регуляции внутриклеточных процессов.
В выполненных в лаборатории регуляции функций нейронов мозг Института физиологии им.И.П.Павлова РАН исследованиях установлена тесная связь между изменениями функционального состояния нейронов и перестройками активности кальциевой,полифосфоинози-тидной ВРС в коре головного мозга при нарушении и восстановлении кислородного снабжения (Самойлов М.О., 1985; Lazarewlcz J.t et al,I987; Samollov Ы.О. et al., 1992; Самойлов M.O. и др., 1992; Тюлькова Е.И.- и др.,, 1992).
Целью настоящей работы явилось комплексное исследование уча стия циклоаденоэинмонофосфатной системы регуляции внутриклеточ ных процессов в реакциях коры головного мозга на нарушение и последующее восстановление кислородного снабжения.
Задачи исследования.
Исследование динамики компонентов системы циклического аде ноэинмонофосфата (цЛМФ, аденилатциклазы, фосфодиэстерази) в со поставлений с изменениями импульсной активности нейронов в коре головного мозга в течение 5 мин аноксии.
Изучение динамики компонентов цАМБ системы и характера восстановления биоэлектрической активности в коре головного мозга в раннем периоде реоксигенации (до 60 мин) после 2,5 и
мин аноксии.
Оценка влияния нарушения кислородного снабжения на механиз-ы адренергической сигнальной трансдукции в коре головного мозга.
Выявление особенностей состояния компонентов цАГЛФ системы у ивотных, неперенесших 5 мин аноксию.
Научная новизна. Для решения поставленных задач применен комп-ексный методический подход, позволяющий оценивать вызываемые ги-оксией изменения биоэлектрической активности в сочетании с дина-икой активности компонентов цШ> системы в зрительной и моторной бластях коры головного мозга с учетом индивидуальных особеннос-ей проявления реакций. Установлена специфика вовлечения цАА, ерментов его синтеза и распада (аденйлатциклазы, фосфодипстера-ы) в формирование реакций коры головного мозга на разных этапах мин, аноксии и в раннем периоде реоксигенации (до 60 мин). Ха-актерной динамике импульсной активности нейронов в течение ано-сии и при реоксигенации после 2.5 и 5 мин прекращения кислород-ого снабжения соответствуют определенные фазные сдвиги содержа-ия цАМФ,активности фосфодиэстеразы (ОДЭ) и аденйлатциклазы (АЦ).
Получены новые данные о влиянии гипоксии на чувствительность ^-адренергических рецепторов к норадреналину в коре головного озга. При этом показано ингибирование активности <»8-белков, со-рягающих й-адренергические рецепторы с АЦ'.
Выявлена связь между индивидуальными особенностями уровня одержання и активности компонентов цАМФ системы в исходном со- тоянии, их динамикой и неодинаковым характером восстановления иоэлектрической активности в коре головного мозга у разных жи-отных после 5 мин аноксии. Впервые обнаружены особенности состо-ния цАМФ системы у животных, различающихся по устойчивости к ипоксическому воздействию.
Теоретическое и практическое значение. Результаты работы вне сят вклад в понимание молекулярно-клеточных механизмов реагирования центральной нервной системы на гипоксию и дополняют представления о важной роли ВРС в этом процессе. Наряду с кальциевс полифосфоинозитидной, цАМ$ система участвует в адаптивной перес ройке механизмов внутриклеточной сигнальной транедукции при на{ шении и последующем восстановлении кислородного снабжения.
Полученные данные свидетельствуют о наличии связи характернь изменений функционального состояния нейронов коры головного.мог га, вызванных аноксией, с определенной динамикой активности коь понентов цАМФ системы на разных этапах нарушения и восстановления кислородного снабх;ения. Очевидно, особенности функционировг ния ц.Ш5 системы в значительной мере определяют индивидуальное проявление гипоксических реакций и неодинаковую толерантность ^ нарушению кислородного снабжения. Эти сведения должны учитывать ся при применении средств фармакологической коррекции, направле }1ых на повышение устойчивости нервной системы к неблагоприятны). факторам среды, в частности, к гипоксическому воздействию. Pesj льтаты проведенного исследования и предложенные методические приемы могут быть также использованы при разработке способа индивидуального экспресс-тестирования активности цА системы у і ловека для прогнозирования степени чувствительности организма і неблагоприятным факторам среды.
Научные положения, выносимые на защиту.
Система цАй вовлекается в формирование реакций нейронов коры головного мозга на прекращение и последующее восстановлен кислородного снабжения.
Индивидуальные особенности проявления гипоксических реакці зависят от уровня активности компонентов системы цАМФ в исходш
:остоянии.
- аноксия модифицирует механизмы катехоламинэргической сигна-іьной трансдукдаи.
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на іаборатсркнх заседаниях; XI научной конференции молодых ученых и специалистов Академии. ВіЛедА им.С.М.Кирова, Ленинград, 1990; Всесоюзной научной конференции ."Токсикологические проблемы химических катастроф", Ленинград, 1991; Всесоюзной конференции "Фармакологическая коррекция гипоксических состояний", Гродно, 1991; КП научной конференции молодых ученых и специалистов Академии. ВМедА им.С.М.Кирова, С.-Петербург; 1992; конференции "Механизмы регуляции физиологических функций", С.'-Петербург, 1992.
Структура и объем работы. Диссертация включает введение, обзор литературы, описание материалов и методов исследования, результаты экспериментальных исследований, обсуждение результатов, выводы и список литературы. Работа изложена на 156 страницах, иллюстрирована 36 рисунками. Список литературы включает 43 отечественных и 256зарубежных источников.